基于RFID的智能仓储物流系统的研究

第４７卷　第２期　２０１３正　河南农业大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．４７　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．　２０１３　４月　文章编号：１０００—２３４０（２０１３）０２—０１６２—０５　基于ＲＦＩＤ的智能仓储物流系统的研究　闾素红　，马　飞。　（１．河南农业大学信息与管理科学学院，河南郑州４５０００２；　２．英大泰和财产保险股份有限公司河南分公司，河南郑州４５００１６）　摘要：采用无线射频识别（ＲＦＩＤ）技术，结合仓储自动化传输系统，设计出了ＲＦＩＤ射频识别装置，同时构建了射　频服务器程序和上层应用服务程序，提出并实现了一套基于ＲＦＩＤ技术的仓储自动化解决方案．系统测试结果表　明．该系统可完全满足大型仓储物流企业需求．　关键词：智能仓储；ＲＦＩＤ技术；物流　中图分类号：ＴＰ３９　文献标志码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＲＦＩＤ　ＬＵ　Ｓｕ．ｈｏｎｇ。．ＭＡ　Ｆｅｉ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｙｉｎｇｄａ　Ｔａｉｈｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　Ｉｎｓｕｒａｎｃｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００　１　６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｔｈｅ　ＲＦＩＤ　ｒａｄｉｏ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｄｉｏ　ｆｒｅ－ｆ　ｑｕｅｎｃｙ　ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｉｔ　ｂｕｉｌｄｓ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｅｒｖｅｒ　ｐｒｏｇｒａｍ　ａｎｄ　ｕｐｐｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｐｒｏｇｒａｍ，Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｏ－　ｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ａ　ｓｅｔ　ｏｆ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＲＦＩＤ．Ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇ；ＲＦＩＤ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　随着国内智能仓储物流业的蓬勃发展，如何进　行高效、准确、大批量的资产识别已成为重要的研　究课题．而传统的仓库管理一般都是采用非自动　化、以纸张文件为出入库凭证作为基础的系统来跟　踪、记录出入的货物，这种管理方式完全采用人工　进行、效率低下．随着仓储管理的物质种类、出入库　频率、出入库设备的自动化的发展，仓储作业变的　十分复杂和多样，传统的人工作业模式及数据采集　方式已经无法满足当前仓储管理高速、精准的要　求．２０世纪５０年代末开始，相继研制和采用了自　动导引小车（ＡＧＶ）、自动货架、自动存取机器人、　自动识别和自动分拣等系统¨　．到２０世纪７０年　代，旋转体式货架、移动式货架、巷道式堆垛机和其　收稿日期：２０１２—０８—１２　他搬运设备都加入了自动控制行列，但只是各个设　备的局部自动化并各自独立应用．在自动化仓储的　基础上，实现与其他信息决策系统的集成，朝着智　能和模糊控制的方向发展，人工智能推动了仓储技　术的发展，即智能化仓储　．目前大部分仓储物　流系统中，仍采用条码识别作为出入库资产识别的　手段，传统的条码识别方式虽然有着直观、使用简　单的特点．但其使用过程中一直存在以下问题，条　码识别为视距光识别，需读取设备直对条码方可识　别；１次只能识别１个条码，无法进行高效批量处　理；易受尘土、污渍、划痕等影响；识别距离短，通常　小于１　ｍ¨　．本研究采用基于无线射频识别（Ｒａｄｉｏ　￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）技术，并结合ＷＥＢ　服务成功的搭建出一个智能仓储物流系统，不仅提　基金项目：河南省科技攻关项目（１１２１０２３１０３６６）　作者简介：间素红，１９７８年生，女，江苏泰兴人，实验师，硕士，从事计算机应用方面的研究　第２期　间素红等：基于ＲＦＩＤ的智能仓储物流系统的研究　１６３　高了资产识别的工作效率，同时提高资产识别的准　确率．本系统可对整个物流过程进行监控和管理，　，，一，—、一一、、　ＷＥＢ￣＃ｊ．－ｍ　数据库服务器溯试　保证物品在运输流通中不会被误送或丢失，降低　物流成本，提高运输的效率．同时，由于ＲＦＩＤ技　国霞　术具有防伪的特性，可对特殊的物品（如危险品）　Ｉ　ｌ　ｔ　ｌ　ｌ　Ｉ　结合物流管理进行严格控制，防止假冒伪劣产品　流入市场．　Ｉ　『ｌ１　　器　１智能仓储物流系统架构　现场监控机　出入库射频门　｝Ｉ　传统的条形码是由宽度不同、反射率不同的条　和空，按照一定的编码规则（码制）编制成的，用以　表达一组数字或字母符号信息的图形标识符．常见　……　的条形码是由反射率相差很大的黑条和白条组成　由咖柜　的．不论是采取何种规则印制的条形码，都由静区、　起始字符、数据字符与终止字符组成．有些条码在　●—ｌ　数据字符与终止字符之间还有校验字符．但条形码　图１　智能仓储物流系统架构　的读取距离最大不超过１　ｍ，这也就限制了大型仓　Ｆｉｇ．１　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　储业资产识别的距离和效率．而ＲＦＩＤ识别系统采　用射频电子标签以及读写器构成，电子标签与读写　２智能仓储物流系统的实现　器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，并　２．１　智能仓储物流系统整体模块　在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数　传统的仓储管理，一般都依赖于人工进行仓库　据的交换　．　内部的管理、跟踪进出的货物，因此仓储管理的效　图１为智能仓储物流系统架构，系统中的射频　率极其低下．随着计算机和条码读写应用的普及，　设备主要分为２类，一类是仓储出入库时的固定是　目前大多数仓储管理都已使用计算机进行数据的　射频识别门，用于仓储的出入库大批量高速识别使　采集和统计，采用条码等方式进行单品货物的标　用，一类是工作现场手持式射频识别设备，用于仓　识．但是仍无法解决批量货物的高速识别问题　．　储外零散设备的识别使用．图１中ＲＦＩＤ服务器主　而ＲＦＩＤ技术的推广应用，可从根本上解决上述问　要的功能就是接收网络上各射频识别设备上传的　题．不仅可将电子标签贴在每个货物的包装上以便　识别数据，采用高速并行算法进行数据冗余的过　进行批量识别，同时还可以将电子标签贴在仓库托　滤．同时采用ＷＥＢ服务的方式与后台应用服务进　盘、货架上便于各种自动运输设备如ＡＧＶ（自动导　行交互，通过设定好的各种校验、处理规则进行相　航小车）进行自动搬运作业．　关设备的控制和监控．为保证整个系统的流畅和准　本系统的整体解决方案主要分为生产监控、生　确．ＲＦＩＤ服务程序还通过ＯＰＣ方式与现场各种电　产分析、计划管理、仓储管理、配送管理以及与供应　气设备进行通信，接收和控制各种传输设备的信号　商ＭＩＳ、现场电气设备管理系统、其他相关系统的　量从而保证整个出入库的自动化、智能化．　接口（图２）．　生产监控　生产分析　计划管理　ｌ生产运行监控ｌ　ｌ计划分析　ｌｌ订货计划　ｌ　Ｉ生产设备监控ｌ　ｌ生产效率分析ｌ　１分配计划　ｌ　供应商ＭＩＳ　　Ｊ｝　ｌ配送计划　ｌ　／１　卜＼　仓储管理　配送管理　电气设备管理系统　ｌ接收入库　１　１配送监控１　ｌ配送出库Ｉ　Ｉ到货确认Ｉ　ｌ待殊出入库Ｉ　ｌ库房盘点　ｌ其它相关系统　ＲＦ１Ｄ资产识别模块　图２　智能仓储物流系统的模块结构　Ｆｉｇ．２　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｗａｒｅｈｏｕｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｏｄｕｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　河南农业大学学报　第４７卷　上游供应商：电子标签安装、电子标签编码、信　捷、精准的解决智能化仓储物流系统的实际　息写入；智能仓储物流中心：批量货物标签信息识　需求　’　．　别校验、自动建立货物与托盘关联关系、自动建立　２．２　ＲＦＩＤ硬件服务器整体架构　托盘与货位关联关系、自动化入库、自动化选定出　ＲＦＩＤ硬件服务器是介于应用服务器和读卡器　库货位、自动化出库、自动化出库标签信息识别校　之间的一个服务程序，它有２个主要功能：作为客　验、自动扫描标签进行库存盘点；生产监控环节：实　户端，与读卡器交互，读取识别到的卡信息，然后把　时通过批量识别跟踪货物位置、动作等信息；下游　卡信息发送给应用服务器；作为服务器，响应应用　分销商：依据发货单进行批量货物标签信息识别校　服务器的命令，与读卡器交互，执行命令．　验接收．ＲＦＩＤ系统通过远程非接触批量识别方式　在图３中主线程主要读取配置文件、同时注册　有机的将上下游相关厂商联系在一起，高效、便　消息处理函数，并规划数据队列和消息队列，协调　上层应用程序　１．接收配置信息　２．上传识别信息　主线程　１配置数据检验规则ｌｌ・１　擘　ｔ臻竺　匮塑圃　２１上传状态变化　．回家状态复位　ｌ　冗余算法　　‘１．系统校验提示结果　２．错误提示信息　ＬＥＤ显示屏、语音提示　图３　ＲＦＩＤ硬件服务器整体框架　Ｆｉｇ．３　ＲＦＩＤ　ｓｅｒｖｅｒ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｉ罾　ａｇｒａｍ　控制读卡线程、ＰＬＣ状态监视线程、上层应用系统　置信息生产读卡线程、ＰＬＣ处理线程，并实时监控　及ＬＥＤ显示外设的统一工作；ＰＬＣ状态监控线程　各种事件的消息进行硬件控制和处理　主要接收现场电气设备的状态变化，并进行数据变　化的编解码，从而控制现场仓储自动传输设备的运　转；读卡线程主要接收读卡指令并上传数据．　Ｉ读取配置文件信息　当系统运行后，主线程接收上层应用程序的配　置信息，并附加到消息队列中，消息处理函数根据　消息类型分发到各工作子线程．当ＰＬＣ监控线程　接收到自动传输设备运转的状态变化后，通知读卡　一一一一一　ｌ连接数据库，读取读卡　器组和读卡器信息。　Ｉ　　ｌ生成读卡线程池　Ｉ　线程开始读卡，读卡完毕后，上传读卡数据，主线程　Ｉｌ生成ＰＬｃ处理线程　　根据校验结果以及上层应用系统配置，控制ＬＥＤ　●　显示屏进行当前工作的实时提示，例如当前读到多　构造队列　少设备、合格设备数量、失败设备数量等　．　上层系统采用Ｊ２ＥＥ构造，ＲＦＩＤ硬件服务器程　序采用ｃ＋＋语言构造，为保证通信的快捷、通用．　图４主线程程序流程图　传递的数据采用ＸＭＬ语言构造．　Ｆｉｇ．４　Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｈｒｅａｄ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　图５为ＲＦＩＤ读卡线程程序架构，读卡线程启　３主要程序的实现　动后首先进行读卡器各种配置参数的初始化，同时　ＲＦＩＤ硬件服务程序的主线程主要完成初始化　接受主线程传递的读卡事件消息，进行射频卡信息　功能，读取系统环境变量，读取配置文件，初始化日　的读取，由于射频卡电磁激发的电不确定性，所以　志，从数据库读取读卡器设备和读卡器组设备信　读卡过程中会产生大量的数据冗余，所以需要进行　息，根据读取的信息生成子线程．其实现流程如图　开始的过滤处理，保证信息接收的高效和唯一．读　４所示．主服务线程启动后首先通过读取数据库中　卡结束后程序需要根据预设校验规则判断读卡是否　设置的读卡器的各种参数进行初始化，同时根据配　成功，同时及时的与上层应用服务器进行信息交互．　河南农业大学学报　第４７卷　越少识别成功率越高．同时经过测试其识别成功率　数相关．　还与识别通道长度、防电磁干扰屏蔽、识别天线个　为测试ＲＦＩＤ射频门在温度交变情况下的识别　表２温度变化测试结果　Ｔａｂｌｅ　２　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔ　率，测试系统选取了７　ｄ中高温时段和低温时段的　全、生产管理与控制、交通管理、军事应用等各行各　识别数据进行了分析，高温时段温度为（１７±　业得到广泛采用．但目前其编码方式存在２种方　１）℃，低温时段温度为（５士１）℃．从测试结果表２　式，没有形成统一，同时生产成本仍是较高．同时芯　中可以看出，温度对标签的读取率有微弱的影响．　片设计与制造、识别天线的设计与制造、标签的一　由表１和表２测试结果可以看出，ＲＦＩＤ批量识别　致性、抗干扰性等方面仍存在一定的不足和可优化　读取率受多方面的因素影响．１）单位识别数量，当　的地方．随着物联网研究的逐步深入，ＲＦＩＤ相关技　被识别数量过大时，导致识别时间加长、读取率降　术将会得到更广泛的运用．　低．２）温度对标签的读取率有微弱的影响，空气干　参考文献：　燥、温度相对较低读取率有微弱的提高．从测试结　果可以看出，当单位识别数量过大时，由于电磁干　［１］　苏冠群．ＲＦＩＤ相关标准总览［Ｊ］．中国包装工业，　扰等多方面原因，会导致批量识别读取率的下降，　２００６（７）：５２—５４．　但该项目的实际使用中，单次出入库设备最多不超　［２］　游战清，刘克胜．无线射频识别（ＲＦＩＤ）与条码技术　过２４个，该系统完全满足用户需要．同时系统还配　［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．　有手持ＲＦＩＤ识别设备，一旦射频门识别出现误　［３］　刘晓林，李颖川，谭波．基于ＲＦＩＤ的插件式仓储管　差，可采用手持识别设备予以确认，保证了整个仓　理系统设计［Ｊ］．计算机与现代化，２０１２（８）：１７６　—１７８．　储出入库的顺畅．　［４］　李玉明，蔡龙平．基于ＲＦＩＤ技术的入库流程仿真优　５　结语　化［Ｊ］．物流技术，２０１２，３１（１０）：１８—１２１．　［５］　廉小亲．基于电子标签的仓储物流控制及管理系统　由于采用ＲＦＩＤ标签作为物品的唯一标识，而　［Ｊ］．计算机工程与设计，２００７（１Ｏ）：２６—２８．　ＲＦＩＤ标签具有寿命长、体积小、可重复使用等特　［６］　张宏伟，张国英，马　湘．ＲＦＩＤ在电力物资仓储配送　点，同时可支持快速读写、移动识别、多目标识别、　的应用探索［Ｊ］．物流科技，２０１２（６）：７７—８０．　定位及长期跟踪管理，通过ＲＦＩＤ整体的解决方　［７］　龙蔚，周晓光．基于ＲＦＩＤ和ＷＳＮ的仓储管理系统　案，实现了物品跟踪与信息共享，彻底改变了传统　网络架构研究［Ｊ］．物流技术，２００８（７）：７６—７８．　的供应链管理模式，极大的提高了客户企业的运行　［８］　周艳．基于ＲＦＩＤ的物联网仓储实验系统设计［Ｊ］．　长江大学学报：自然科学版，２０１２，９（８）：１２１—１２３．　效率．本系统目前在某大型仓储系统已经正式上线　（责任编辑：蒋国良）　使用，使用效果良好．该项技术未来将会在公共安